Komputer przemysłowy

Komputer przemysłowy Siemens SIMATIC PC

Komputer przemysłowy – komputer przeznaczony do działania w warunkach przemysłowych (np. w halach fabrycznych). Charakteryzuje się większą odpornością na warunki zewnętrzne i zwiększonym poziomem niezawodności działania.

Rodzaje komputerów przemysłowych

Komputery przemysłowe produkowane są w różnych wariantach i opcjach dostosowanych do indywidualnych potrzeb branży. Wyróżniamy między innymi:

• komputery jednopłytkowe,

• komputery modułowe,
• przemysłowe płyty główne,
• mini komputery przemysłowe,
• komputery typu Box-PC,
• komputery All-in-One,
• komputery panelowe,
• komputery do pracy w strefach EX.

Komputery jednopłytkowe SBC (Single Board Computer)

Komputer jednopłytkowy (SBC) to kompletny, funkcjonalny komputer, w którym na jednej drukowanej płycie głównej znajduje się mikroprocesor (-y), pamięć RAM, wejście / wyjście (I / O). Komputery jednopłytkowe w przemyśle stosowane są głównie do zabudowy. Pełnią funkcję wbudowanych kontrolerów komputerowych i służą do sterowania m.in. automatyką fabryczną czy terminalami POS.

Komputery modułowe (COM – Computer On Module)

Modułowe komputery są funkcjonalnymi komputerami jednopłytkowymi przeznaczonymi do wbudowania i integracji z aplikacjami przemysłowymi. Komputery modułowe mogą być dowolnie konfigurowane pod potrzeby konkretnego rozwiązania. W razie potrzeby możliwa jest ich rozbudowa i unowocześnienie.

Komputery panelowe i komputery All-in-One

Komputery panelowe i komputery All-in-One składają się z komputera przemysłowego oraz wytrzymałego odpornego na wilgoć, kurz i piach wielkoformatowego dotykowego panelu LCD.

Komputery panelowe montowane są zazwyczaj w obudowie lub na drzwiach szafy sterowniczej. Komputery All-in-One montowane są na ścianach, wysięgnikach, w pobliżu stacji roboczej lub w pulpicie operatorskim.

Komputery przemysłowe do pracy w strefach EX

W grupie komputerów przemysłowych znajdują się również specjalne komputery, które projektowane są do pracy w strefach zagrożonych wybuchem (tzw. strefach EX).

Urządzenia elektroniczne pracujące w pomieszczeniach z materiałami łatwopalnymi, muszą spełniać rygorystyczne normy konstrukcyjne, które minimalizują ryzyko pojawienie się iskrzenia czy nagrzewania powierzchni. Komputery przemysłowe do strefy EX przechodzą rozbudowany proces certyfikacji. W krajach UE powinny posiadać certyfikat ATEX (fr. „ATmosphère EXplosive”). Standardem globalnym dla tego typu urządzeń jest międzynarodowym IECEx.

Zastosowania

Rynkiem dla takich komputerów są głównie zakłady przemysłowe, chociaż można je stosować także jako komputery wbudowane. Zasadniczym celem ich wykorzystania jest kontrola i sterowanie procesami przemysłowymi. Jednak architektura logiczna takiego komputera może być w pełni kompatybilna z komputerami osobistymi klasy PC. Dzięki temu może to być sprzęt do specyficznych zastosowań i jednocześnie dobrze udokumentowany, i powszechnie znany.

Architektura

W komputerach przemysłowych nie trzeba stosować pamięci masowych o dużych gabarytach, gdyż zazwyczaj wyposażone są w pamięć typu Flash w której umieszcza się system operacyjny i potrzebne aplikacje. Zintegrowana karta sieciowa pozwala na łatwe łączenie takich komputerów w system rozproszony terytorialnie, co może być istotne w dużych zakładach przemysłowych. Często wprost do płyty głównej można przyłączyć wyświetlacz LCD, co pozwala wykorzystać ten komputer do wizualizacji procesu przemysłowego bezpośrednio na hali produkcyjnej. W powszechnie wykorzystywanym standardzie przemysłowym PC-104 produkowanych jest wiele typów kart, takich jak na przykład: modemy telefoniczne, modemy GSM, odbiorniki GPS, karty pomiarowe. Każdy komputer przemysłowy dysponuje jakimś interfejsem transmisji szeregowej, którym może porozumiewać się z urządzeniami dokonującymi bezpośredniego działania na linii produkcyjnej. Najpowszechniejsze to RS-485 i RS-232, coraz silniejszą pozycję mają FireWire i USB. Wciąż nie bez znaczenia pozostaje również port równoległy.

Wady

Istnieją także pewne niedogodności w używaniu komputerów tego typu, związane z jego budową. Taki komputer to w zasadzie "goła" płytka. Chociaż może pracować w trudnym środowisku, jednak w tej postaci jest nieodporna na uszkodzenia mechaniczne. Pomimo że procesor i chipset skryte są pod radiatorem, pozostałe elementy elektroniczne a także złącza mogą łatwo ulec uszkodzeniu. Dlatego takie komputery umieszcza się w specjalnych obudowach. Obudowy te są gotowe do łączenia w formę szafek, lub do przymocowania na ścianie. Zwykle wyposażone są w silne i wytrzymałe wentylatory chłodzące komputer i przyłączone do niego przez PC-104 karty oraz w zasilacz.

Druga niedogodność wiąże się z przewodami, kablami i taśmami przyłączanymi do płyty głównej. Komputer jest mały i w sytuacji podłączenia do niego wielu urządzeń peryferyjnych, szybko na niewielkiej przestrzeni powstaje plątanina przewodów. Sprawa komplikuje się jeszcze bardziej, gdy przez PC-104 podłączone zostaną na przykład odbiornik GPS (przewód do anteny), modem (przewód do sieci telefonicznej), karta pomiarowa (kilkanaście a nawet kilkadziesiąt cienkich przewodów, lub jedna taśma) i karta multipleksera.

Upakowanie w pełni sprawnego komputera w tak niewielkiej przestrzeni odbywa się kosztem jego wydajności. Najwyraźniej objawia się to w czasie transmisji po magistrali danych. Karta graficzna zintegrowana z chipsetem nie ma własnej pamięci a wykorzystuje zasoby pamięci RAM komputera, tym samym ograniczając je. Aby zaoszczędzić miejsce, producenci rezygnują z coraz mniej potrzebnego złącza dla stacji dysków.

Trudności te rekompensuje fakt, że raz uruchomiony sprzęt tego typu działa niezawodnie przez długi czas, nawet w ciężkich warunkach środowiskowych.

System operacyjny i aplikacje

Komputer przemysłowy, dzięki wybraniu procesora o architekturze IA-32, często jest kompatybilny ze zwykłym komputerem osobistym PC. Dlatego można stosować na nim popularne systemy operacyjne takie jak GNU/Linux, Microsoft Windows. Ze względu na zastosowanie w kontrolowaniu procesów, zwykle uruchamiane są na nich systemy operacyjne czasu rzeczywistego takie jak QNX, RTLinux lub Windows CE. Niektórzy producenci dostarczają całościowe rozwiązanie – sprzęt razem z kompatybilnym systemem operacyjnym – na przykład VxWorks.

Niektóre komputery przemysłowe nie mają tak rozbudowanych możliwości podłączenia peryferiów, jak opisane wyżej. Wówczas zbliżają się w architekturze do komputerów wbudowanych. W tym przypadku aplikacje i system operacyjny wgrywane są przez łącze do pamięci komputera przemysłowego z komputera, który jest jego "gospodarzem", na którym oprogramowanie jest tworzone.

Przykładowa charakterystyka

Cechy charakterystyczne komputerów przemysłowych z danymi przykładowego modelu:

• zwarta budowa (brak "odstających" elementów),
• niewielkie rozmiary (płyta główna zbliżona do kwadratu o boku 10 cm),
• niewielka waga (110 g),
• możliwość dołączenia modułów (karty typu PCI) według standardu PC-104 – forma "wieżyczki",
• niewielki pobór mocy (2 A przy zasilaniu 5 V),
• duża wytrzymałość na warunki środowiskowe - przykładowy komputer przemysłowy może pracować bezbłędnie gdy:
  • temperatura powietrza: 0 C - 60 C (przechowywanie: -40 C - 85 C),
  • wilgotność wynosi: 0% - 95% (ale bez kondensacji pary wodnej),
  • oddziałują na niego wibracje,
  • powietrze jest zapylone,
• brak konieczności stosowania wentylatorów do chłodzenia płyty głównej i procesora,
• chipset ze zintegrowaną kartą graficzną, sieciową, kontrolerem dysków,
• możliwość bezpośredniego podłączenia wyświetlacza LCD do płyty głównej.

Zobacz też

• robot przemysłowy